Microbial biodiversity and viral impact in benthic deep-sea ecosystems

Gli ambienti marini profondi ricoprono il 95% del globo terrestre e sono caratterizzati da basse temperature, assenza di luce ed elevate pressioni. Tra i sistemi marini profondi i più remoti e inesplorati sono le fosse adali, sistemi che possono superare gli 11000 m di profondità. Lo studio di questi ambienti estremi rappresenta una delle più grandi sfide della ricerca scientifica a causa delle difficoltà che si presentano nel raggiungerli. Questo studio fornisce i primi dati riguardanti l’impatto dei virus sui procarioti che abitano i sedimenti di tre tra le più profonde fosse oceaniche conosciute, Japan, Ogasawara e Mariana. In questo studio abbiamo esplorato il ruolo dei virus come agenti di mortalità procariotica, in grado di influenzare i cicli di C e nutrienti tramite la lisi cellulare dei loro ospiti contribuendo così al funzionamento delle reti trofiche microbiche e al funzionamento ecosistemico degli ambienti profondi. I nostri risultati rivelano che tutte le fosse adali qui investigate supportano elevate abbondanze e biomasse procariotiche favorendo alti tassi di lisi virale e stimolando il rilascio di materia organica resa così disponibile per le comunità bentoniche. Specialmente nella fossa Mariana la lisi virale è potenzialmente esercitata con maggiore pressione sui taxa microbici dominanti influenzando la struttura della rete trofica microbica e i cicli di C e N, e contribuendo così all’elevato metabolismo procariotico precedentemente riconosciuto in questi sistemi ultra abissali. Oltre alle interazioni microbiche, in questo studio è stata esplorata la diversità delle comunità procariotiche presenti nelle fosse investigate ed è stato determinato l’importante contributo della componente archaeale alla struttura di queste comunità. Il predominio di archaea ammonio-ossidanti suggerisce che i processi chemoautotrofici presentano un ruolo chiave per il funzionamento delle fosse adali. Inoltre, l’elevato numero di taxa, ritrovato specialmente nella fossa Japan, rivela che gli ecosistemi delle fosse adali possono rappresentare hot spot di diversità procariotica. In aggiunta, la presenza di taxa procariotici diffusi in habitat abissali bentonici suggerisce che le fosse adali sono solo parzialmente connesse agli ecosistemi bentonici circostanti. In questo studio abbiamo anche investigato le risposte, su diverse scale temporali, delle comunità microbiche abissali (interazioni virus-procarioti e diversità batterica) all’impatto dell’attività di estrazione di risorse minerarie, che rappresenta una delle future minacce tra le più impattanti per questi ambienti. I risultati ottenuti indicano un aumento dei tassi d’infezione virale sulla componente batterica potenzialmente dovuto ad una cambiamento della composizione in specie di tale componente a seguito dell’attività di mining, anche molti anni dopo l’impatto e con potenziali conseguenze sui cicli biogeochimici e sul funzionamento ecosistemico bentonico